常熟垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程設計
垃圾焚燒處理較好地達到了減量化、無害化、資源化治理生活垃圾的目標，已成為發(fā)達國家普遍關注和采用的城市生活垃圾的處理方法之一。常熟市新建的垃圾焚燒發(fā)電廠，已于2007年6月投入運行，設計處理能力為600t/d。此后，垃圾均進入焚燒發(fā)電廠處理，而垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰則需經(jīng)預處理后進入安全填埋場處理。
1 飛灰的產(chǎn)生及其特性
1.1飛灰的產(chǎn)生
生活垃圾經(jīng)焚燒后，會產(chǎn)生占垃圾總量23%左右的底灰及3%～5%的飛灰。其中，飛灰是由焚燒爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)反應塔進行中和、凈化后，摻以一定量的吸附劑，再由高效除塵分離器分離，在反應塔底部及分離器分離而產(chǎn)生。飛灰經(jīng)由上述各設施的底部密閉輸送至飛灰儲存?zhèn)}。[1]
1.2飛灰的基本特性
飛灰主要包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸鹽、鈉鹽、鉀鹽等反應物，還有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金屬元素以及痕量級二噁英類的有機物，另加其他種類污染物，屬于危險廢物。
飛灰呈堿性，其形狀像煤灰一樣大小，粒徑介于0.01～0.15mm范圍內(nèi)。飛灰有2/3以上的化學物質(zhì)是硅酸鹽與鈣。另外，生活垃圾焚燒煙氣中，含有一定量的未燃盡有機物，故飛灰中的熱灼減量在10%左右。[2-4]
1.3飛灰中的污染物[1，4-8]
由于生活垃圾成分的復雜性、多樣性、不均勻性，在整個焚燒過程中會發(fā)生許多不同的化學反應，所以在焚燒煙氣中除了一定量的過？諝夂投趸纪，還含有對人體及環(huán)境有直接或間接危害的成分。根據(jù)煙氣污染物的不同性質(zhì)，可將其分成顆粒物、酸性氣體、重金屬、有機污染物幾大類。上述煙氣中的污染物經(jīng)焚燒爐、后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的反應、吸附、分離后，除酸性氣體已被反應中和外，大部分集聚于飛灰之中，對人體及環(huán)境造成了危害，故國家已明確把生活垃圾焚燒飛灰列為危險廢棄物管理范圍之列。
2 飛灰的處理方法
國家的《危險廢物污染防治技術政策》中對飛灰處置作了規(guī)定：生活垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰必須單獨收集，不得與生活垃圾、焚燒殘渣等其它廢物混合，也不得與其它危險廢物混合；生活垃圾焚燒飛灰不得在產(chǎn)生地長期貯存，不得進行簡易處置，不得排放；生活垃圾焚燒飛灰在產(chǎn)生地必須進行必要的固化和穩(wěn)定化處理之后方可運輸，運輸需使用專用運輸工具，運輸工具必須密閉；生活垃圾焚燒飛灰須進行安全填埋處置。飛灰一般經(jīng)適當預處理后，進入危險廢物填埋場填埋處理。飛灰的預處理主要有熱固化技術、固化技術與化學穩(wěn)定化技術[1]。
化學穩(wěn)定化技術是指向飛灰中添加穩(wěn)定劑和水，均勻混合后形成不溶性化合物，從而固定重金屬的方法。該法一般具有效果較好，具有長期穩(wěn)定性、設備投資低、處理過程簡單、最終處理量小的優(yōu)點。常見的穩(wěn)定劑有Na2S、Al2(SO4)3等無機物和水溶性螯合高分子。另外，磷酸鹽作為穩(wěn)定劑應用越來越廣泛，PO3-4可以和飛灰中的30多種元素形成大約300多種自然界中存在的礦物質(zhì)，這些物質(zhì)對于pH的變化有著相當高的穩(wěn)定性。
本工程的飛灰預處理采用化學穩(wěn)定化技術，一種新的飛灰穩(wěn)定化處置工藝。即將焚燒廠產(chǎn)生的飛灰，裝入飛灰槽罐車后，直接運輸至填埋坑，用車載空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣，通過管道將飛灰送入專門設計的混合器，混合器的另一入口連接螯合劑管道，螯合劑由液壓泵提供一定的壓力，灰、液經(jīng)混合器噴射而出，利用二者速度差產(chǎn)生吸附作用，并起到充分混合效果，混合料直接進入填埋坑，然后進行攤平、壓實作業(yè)。螯合劑采用磷酸鹽化合物。
3 填埋庫區(qū)的工程設計
3.1庫容確定
常熟垃圾焚燒發(fā)電廠處理規(guī)模為600t/d，其飛灰產(chǎn)量約為焚燒量的3%～5%(設計取4%)，每年實際運行時間為8000h。常熟市垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程于2006年6月啟用后，平均進場飛灰約為21.8t/d。
根據(jù)實測數(shù)據(jù)和以往經(jīng)驗，填埋后的飛灰容重取1.0t/m3。
填埋場一期工程使用年限為5年，可利用填埋區(qū)面積為0.56萬m2，設計為4個填埋單元坑，坑深7.1m，庫容為4萬m3。
3.2庫區(qū)防滲結(jié)構(gòu)設計
飛灰安全填理場處理的首要問題，是防止填埋場附近地下水及地表水受到滲瀝液的污染。在合理選址的基礎上，必須考慮防滲系統(tǒng)的設計。根據(jù)場址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，對填埋場底部進行防滲處理，其目的一方面是防止?jié)B瀝液進入地下，污染地下水；另一方面是防止地下水進入填埋場，造成滲瀝液水量的大幅度上升。防滲處理需因地制宜，選擇不同的防滲方式。
本填埋場場址范圍內(nèi)，地下水位較高，位于不透水層以上，且基礎層飽和滲透系數(shù)大于1.0×10-5cm/s，設計采用鋼筋混凝土與柔性人工襯層組合的剛性防滲結(jié)構(gòu)。填埋坑底板防滲系統(tǒng)，采用地下水導流層+膜下保護層+鋼筋混凝土坑體+滲瀝液檢測層+土工膜主防滲層+滲瀝液導流層+過濾層+防滲保護層的防滲結(jié)構(gòu)；填埋坑側(cè)壁板防滲系統(tǒng)采用膜下保護層+鋼筋混凝土坑體+土工膜主防滲層+防滲保護層的防滲結(jié)構(gòu)。地下水導流層采用100mm厚碎石墊層；膜下保護層采用4500g/m2膨潤土防水毯(GCL)，GCL設置在鋼筋混凝土坑體外側(cè)，可以有效地降低地下水進入填埋坑體內(nèi)的可能性，同時避免了設置在坑體內(nèi)側(cè)所引起的膨潤土顆粒脫落對排水系統(tǒng)的堵塞，GCL下設置100mm厚的素砼保護層；鋼筋混凝土坑體按抗?jié)B結(jié)構(gòu)進行設計，按裂縫寬度進行驗算，其抗?jié)B系數(shù)應≤10-6cm/s；滲瀝液檢測層采用6mm厚復合土工網(wǎng)，膜間水最終通過穿孔HDPE管排至膜間水收集井，庫底設計0.4%坡度的坡向穿孔管；主防滲層設計采用2.0mm厚光面HDPE土工膜；滲瀝液導流層設計為300mm厚碎石滲瀝液導流層+6mm厚復合土工網(wǎng)，其中土工網(wǎng)下面復合的土工織物采用500g/m2聚酯無紡布作為土工膜保護層；過濾層設計采用200g/m2聚酯無紡布；防滲保護層采用經(jīng)預處理后的袋裝飛灰。
3.3防雨、防塵與防風措施
如大雨接連不斷，飛灰則會因含水量過高而無法壓實。在運行初期，由于填埋飛灰量較少，填埋坑內(nèi)飛灰甚至會形成泥漿，使得填埋操作無法進行。冬春季節(jié)，天氣干燥且大風天氣較為常見，夏季，臺風經(jīng)常光臨，坑內(nèi)飛灰易形成揚塵飄出，污染場內(nèi)外環(huán)境。設計要采用防雨、防塵與防風措施：(1)填埋作業(yè)時，將飛灰集中在一個區(qū)域內(nèi)填埋，保持填埋面形成一定的坡度，雨季時加強排水，確？觾(nèi)飛灰難以形成泥漿；(2)工程設計，在每個單元坑邊，建設一個防雨操作平臺，可確保小雨時固化工作的順利實施；(3)設置飛灰穩(wěn)定化儲存罐，暴雨季節(jié)將飛灰儲存在罐內(nèi)，待天氣轉(zhuǎn)好，再實施填埋；(4)如遇連續(xù)暴雨，則停止填埋坑內(nèi)作業(yè)，將飛灰穩(wěn)定化后放置在臨時堆放場儲存，天氣轉(zhuǎn)好后，再實施填埋；(5)在填埋坑四周設置自動噴淋裝置，以在大風和干燥天氣增加飛灰含水率，防止出現(xiàn)揚塵，填埋操作亦需考慮滲瀝液回灌增濕；(6)因該地區(qū)主要為東南-西北風向，在填埋坑體南北兩邊設置5m寬網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大棚，在坑體南北兩側(cè)道路邊設置夾竹桃等和藤本植物隔離帶，以減小風力和揚塵飄出量，同時可美化環(huán)境，兼有景觀功能。
3.4場區(qū)雨、污分流系統(tǒng)設計
為確保場區(qū)安全防洪以及減少由于雨水滲入垃圾而產(chǎn)生的垃圾滲瀝液量上升，場區(qū)設置了雨、污分流系統(tǒng)。
3.4.1擋水墻
填埋坑外側(cè)設置防洪溝或擋水墻，可防止場外雨水進入填埋坑。本工程設計混凝土坑體頂標高于地坪標高50cm，場內(nèi)道路均坡向填埋坑外側(cè)，即可減少滲瀝液產(chǎn)生量。
3.4.2分區(qū)作業(yè)
填埋庫區(qū)分為四個坑體，作業(yè)時，未填埋坑體內(nèi)所積雨水可直接外排；已填埋飛灰的坑體將實施封場，不會有滲瀝液產(chǎn)生；僅有正在實施填埋作業(yè)的坑體才會有滲瀝液產(chǎn)生。
3.4.3坡面排水
當填埋場內(nèi)某個單元坑飛灰填滿后，立即實施封場工程，植樹綠化。為形成表面雨水徑流，宜設置一定的坡向。在填埋場終期作業(yè)時，應整體設置場頂坡向以利于雨水排出場外，坡度均應大于2%。
3.5滲瀝液儲存與處理設計
采用三日暴雨量計算法可得，庫區(qū)產(chǎn)生的最大滲瀝液為160m3/d，道路區(qū)收集的最大初期雨水量為68m3/d，則最大暴雨時，第一日最大污水產(chǎn)生量為228m3/d，以后為160m3/d；采用年降雨量計算法計算得出工程產(chǎn)生的總滲瀝液量為3407m3/a。
飛灰穩(wěn)定化時，需加入約30%的水分，則每年需水量為7957×0.3=2387m3。同時，為保持坑體衛(wèi)生條件，避免大風天氣揚塵，需定期往坑內(nèi)灑水。飛灰穩(wěn)定化用水可回用滲瀝液，剩余滲瀝液可通過回灌至填埋場，保持飛灰濕度，并最終通過自然蒸發(fā)處理，而無需建設滲瀝液處理設施，即可實現(xiàn)污水零排放。
滲瀝液通過導排層，排入滲瀝液收集井，最終通過水泵提升，排入污水儲存罐。滲瀝液儲存罐設計2個，單個尺寸為<10m×7.6m。污水儲存罐總?cè)莘e為2×<10m×7.6m=1194m3>228m3+160m3×6=1188m3，可以儲存3d最大暴雨條件下的7d產(chǎn)生的污水。
3.6封場設計
填埋場運行結(jié)束后，需進行封場，以利于生態(tài)恢復和土地再利用。本設計采用的封場結(jié)構(gòu)由下到上依次為：200g/m2無紡土工布+1.0mm厚HDPE土工膜+6mm厚復合土工排水網(wǎng)+300mm厚碎石雨水導排層(生物阻擋層)+600mm厚素土層+植被。
3.7坑體結(jié)構(gòu)設計
工程所有混凝土均采用C30砼，采用等截面池壁，外池壁厚400mm，內(nèi)池壁厚350mm。根據(jù)池壁受力特點，每隔4m設一壁柱，底板為整體現(xiàn)澆，厚500mm。
由于池體縱橫向尺寸較大，縱橫向各設兩道后澆帶。后澆帶寬2m，用C35砼內(nèi)摻高效防水劑澆筑，兩側(cè)設3mm厚鋼板止水帶。
池體埋深7.1m，根據(jù)勘察報告所提供的地下水位情況，對池體的抗浮處理采用抗拔樁。樁為預制靜壓樁，尺寸為250mm×250mm，有效樁長4m。庫區(qū)共設置1886根抗拔樁。
4設計特點
4.1預處理方法
本工程飛灰預處理采用新的飛灰穩(wěn)定化處置工藝，預處理為磷酸鹽穩(wěn)定法。利用該法處理飛灰，廢物增容比低，藥劑消耗少，運行費用也較低，還可以省去預處理廠房和設施的建設費用，節(jié)省了工程投資。根據(jù)目前對預處理飛灰浸出液毒性的檢測，該法對飛灰的預處理符合國家相關規(guī)范要求。
4.2防滲結(jié)構(gòu)
針對高地下水位地區(qū)安全填埋場的地質(zhì)特點，采用柔性襯層和剛性混凝土池體結(jié)合的防滲結(jié)構(gòu)。通過設置雙層土工合成的防滲襯層和地下水、膜間水與滲瀝液導流層，可以確保填埋坑的防滲功能。同時，柔性襯層通過機械錨固方式和剛性池體緊密結(jié)合，整個庫區(qū)構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)，可以防止庫區(qū)沉降對防滲襯層的破壞。
4.3土工合成材料的應用
庫區(qū)填埋坑防滲保護層采用膨潤土防水毯(GCL)，GCL在特定的環(huán)境下(如不均勻沉降、干濕循環(huán)、凍融循環(huán))，仍可以保持良好的抗?jié)B性能，而且可以大大的節(jié)省庫容。GCL設置在剛性坑體外側(cè)，采用外貼法施工，施工時坑體四周采用井點降水法以防止GCL提前水化。設計同時要求施工時將GCL的有紡布表面貼在剛性坑體上，具有良好導水性能的無紡布表面則和地下水導流層接觸。這樣，在GCL遇水膨脹后，可以利用無紡布導水較好的特點來導排地下水。
滲瀝液檢測層采用6mm厚三維土工復合排水網(wǎng)。垃圾焚燒飛灰具有顆粒小、壓實密度大的特點，相比普通的雙肋土工排水網(wǎng)，三維土工排水網(wǎng)在較高的壓力荷載下，仍能保持良好的導水能力，且不易堵塞，應用于飛灰安全填埋場具有較高的優(yōu)勢。
4.4滲瀝液處理方法
設計時考慮工程產(chǎn)生的滲瀝液回用處理。根據(jù)年平均降雨量法計算得工程產(chǎn)生的總滲瀝液量為3407m3/a，飛灰穩(wěn)定化用水量為2387m3/a。設計滲瀝液回用于飛灰穩(wěn)定化，剩余滲瀝液回灌至填埋場保持濕度，工程無需建設滲瀝液處理設施即可實現(xiàn)廢水零排放。
5結(jié)語
垃圾焚燒飛灰作為危險固體廢棄物，必須經(jīng)預處理后進入安全填埋場進行填埋處理。
針對江南平原地區(qū)地下水位高、土地資源緊張的特點，本工程設計采用新的飛灰穩(wěn)定化預處理技術。庫區(qū)采用剛性坑體和柔性襯層相結(jié)合的防滲結(jié)構(gòu)，滲瀝液回用于預處理過程，工程占地面積小，飛灰處理效果好，投資省，運行成本低。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
